Proteini u prehrani mijenjaju način na koji bakterije kolere koloniziraju crijeva

Proteini u prehrani mijenjaju način na koji bakterije kolere koloniziraju crijeva

Novo istraživanje pokazuje da ono što jedemo, sve do vrste prehrambenih proteina, može utjecati na ravnotežu između Vibrio cholerae i crijevne mikrobiote, mijenjajući kompeticiju bakterija i potencijal bolesti tijekom infekcije kolerom.

Nedavna studija objavljena uStanica domaćin i mikrob ispituje ulogu sastojaka prehrane i crijevne mikrobioteVibrio choleraeInfekcija, koja se obično nazivakao kolera.

Na rizik od kolere utječu interakcije između prehrane i mikrobiote

Kolera je ozbiljna bolest uzrokovana proljevom koja pogađa više od 2,9 milijuna ljudi diljem svijeta, a 95 000 umire od ove infekcije svake godine. Virulencija V. cholerae određena je koordiniranom ekspresijom višestrukih čimbenika virulencije usred pokušaja uništavanja mikroorganizama u gastrointestinalnom traktu s ciljem sprječavanja kolonizacije patogena.

Učinkovitost ove obrane domaćina protiv infekcije V. cholerae određena je sastavom crijevnog mikrobioma, na koji utječu dnevne prehrambene navike i utječe na njegovu raznolikost i količinu. Na primjer, konzumacija vlakana dovodi do proizvodnje kratkolančanih masnih kiselina (SCFA), koje sprječavaju proljev olakšavajući apsorpciju natrija i vode.

Središnja uloga prehrane u prevalenciji i težini kolere ilustrirana je njezinom snažnom povezanosti s pothranjenošću, čestim komorbiditetom u područjima endemskim kolerom. Unatoč tome, ostaje nejasno kako prehrana utječe na ekspresiju gena, kondiciju i natjecanje s crijevnim mikrobiomom V. cholerae tijekom infekcije.

Specifični učinci makronutrijenata na kolonizaciju V. cholerae

Trenutna studija ispitala je kako su makronutrijenti u prehrani domaćina uključeni u crijevnu kolonizaciju i kompeticiju s V. cholerae. U tu svrhu, miševi bez specifičnih patogena (SPF) bili su zaraženi V. cholerae dok su konzumirali hranu bogatu ugljikohidratima, proteinima ili mastima, sa svim mineralima i vitaminima sličnim među skupinama.

Miševi koji su jeli visokoproteinsku (kazeinsku) prehranu pokazali su značajno manju kolonizaciju s V. cholerae u usporedbi s miševima koji su konzumirali drugu rafiniranu dijetu ili kontrolnu hranu. V. cholerae činila je 99,9% bakterija prisutnih u gastrointestinalnom traktu ovih miševa, što sugerira da se smanjena kolonizacija vjerojatno ne može objasniti ostatkom crijevnih komenzala nakon liječenja antibioticima.

Za kazein, glavnu proteinsku komponentu ove rafinirane prehrane, ranije je pokazano da inhibira vezanje toksina kolere (CT) in vitro. Kako bi razjasnili ovu moguću vezu, istraživači su ponovili svoj eksperiment koristeći rafiniranu prehranu bogatu proteinima koja je sadržavala proteine ​​soje ili pšenični gluten. U usporedbi s miševima hranjenim kazeinom ili pšeničnim glutenom, visok unos proteina soje bio je povezan s većom kolonizacijom V. cholerae.

Ukupno 202, 1288 i 678 gena različito je izraženo u uzorcima fekalne DNK miševa koji su jeli visokoproteinsku soju, pšenični gluten i kazein u usporedbi s kontrolama. Konzumacija dijete s kazeinom i pšeničnim glutenom rezultirala je većim stupnjem sličnosti u poboljšanoj ili smanjenoj ekspresiji gena u usporedbi s prehranom s proteinima soje.

Točnije, konzumacija prehrane rafinirane kazeinom ili pšeničnim glutenom smanjila je ekspresiju gena uključenih u oksidativnu fosforilaciju, ciklus tricikličke kiseline (TCA) i metabolizam ugljika, što sugerira da kazein ili pšenični gluten mogu utjecati na metabolizam V. cholerae tijekom infekcije. Značajna regulacija signalnih putova povezanih sa sumporom također je povezana s kazeinom i pšeničnim glutenom u usporedbi s proteinom soje.

Svi izvori proteina rezultirali su visokoproteinskim dijetama Trendovi prema smanjenoj ekspresiji CT gena ctxAB, toksinom ko-reguliranih pilus gena (TCP) i pomoćnih faktora kolonizacije, iako većina tih promjena, s izuzetkom tcpF, nije dosegla statistički značaj. Prehrana bogata kazeinom smanjila je reguliranje gena uključenih u flagelarne gene klase II i IV, koji kodiraju tjelesnu kuku, flagelin i specifične motoričke komponente. Utvrđeno je da kazein i pšenični gluten značajno reguliraju gene koji kodiraju elemente sustava izlučivanja tipa VI (T6SS) uključenog u intrabakterijsku kompeticiju u usporedbi sa sojinim proteinima i kontrolnom prehranom.

Prehrana domaćina može uvelike utjecati na ekspresiju gena V. cholerae vezanu uz metabolizam, pokretljivost i ekspresiju virulencije.

Istraživači su zatim proveli genetski probir koristeći sekvenciranje mjesta umetanja transpozona (TN-seq) kako bi identificirali mutirane sojeve V. cholerae koji su bili učinkovitiji u kolonizaciji gastrointestinalnog trakta miša u usporedbi s sojevima divljeg tipa. U tu svrhu, 3061 je identificiran, objedinjen i uveden u miševe koji su bili na dijeti s visokim udjelom kazeina ili na kontrolnoj dijeti.

Nakon brisanja, identificirano je ukupno 40 gena koji podupiru kolonizaciju V. cholerae kod miševa koji su jeli hranu bogatu kazeinom, od kojih je 16 bilo uključeno u sklapanje flagela. Podaci o sekvenciranju ribonukleinske kiseline (RNA-seq) upućuju na to da V. cholerae regulira nizvodno nizvodne strukturne gene flagele nakon visokog unosa kazeina.

V. cholerae s mutacijom u glavnom regulacijskom genu biča flrA značajno je nadmašila soj divljeg tipa kod miševa koji su jeli hranu bogatu kazeinom, povećavajući stopu kolonizacije četiri dana nakon infekcije. Prisutnost flrA mutacija također je obnovila ekspresiju gena puta T6SS, koja je prethodno bila potisnuta u sojevima divljeg tipa nakon uzimanja prehrane bogate kazeinom. Naime, učinci flrA mutacija na stope kolonizacije nisu primijećeni kada se konzumirala visokoproteinska sojina dijeta.

Daljnji pokusi pokazali su da su te promjene u aktivnosti T6SS izazvane prehranom promijenile kompetitivnu interakciju između V. cholerae i crijevnih komenzala, uključujući ljudski izolat Escherichia coli, čime je preoblikovana struktura mikrobiote tijekom infekcije.

Ovi rezultati sugeriraju prehrambene intervencije za ograničavanje V. cholerae i ističu važnost prehrane u interakcijama između patogena i komenzala.

Izvori: